PDF《MgO-PSZ 固体电解质导电性质的研究 1》

1 MgO-PSZ 固体电解质导电性质的研究1 张艳红,李福,张文,李丽芬 北京科技大学无机非金属材料系,(北京 100083) E-mail: lifsh_ustb@163.

com 摘要:利用交流阻抗谱法测定了 8mol%MgO 部分稳定氧化锆的总电导率,同时采用电镀 的方法制备了离子阻塞电极,并利用 Wagner 极化法测定了电子电导率.对制备的试样进行 的扫描电子显微镜分析和试验数据表明, 采用电镀法制备的阻塞电极与MgO-PSZ结合紧密, 能有效地阻塞氧离子流. 关键词:电导率,阻塞电极,电子迁移数,电镀 1. 引言除了离子电导外,在一定条件下,许多固体电解质都会表现出明显的电子导电性质,而 在实际应用中又往往忽略了电子导电的影响, 这势必会影响将其作为固体电解质组成电池时 电动势的准确测量 [1-2] .电子电导率本身是固体电解质的一个重要性质,通过它还可以获取 诸如电子或离子迁移数等固体电解质的其它重要性质参量, 因此准确测定固体电解质的电子 电导率有着重要的意义.虽然电子电导率的测定原理并不复杂 [3] ,但由于氧离子阻塞电极的 制作在实验技术上存在一定难度,故而对氧离子固体电解质电子电导率的测定鲜有报道.本 文利用交流阻抗谱法测定了 MgO-PSZ 固体电解质的总电导率,同时采用电镀的方法制备了 氧离子阻塞电极,利用 Wagner 极化法测定了它的电子电导率,并计算出了它的电子迁移数. 2. 实验2.1 MgO-PSZ试样总电导率(σtotal)的测量 采用 8mol%MgO 稳定的 ZrO2(MgO-PSZ)为固体电解质材料. 将MgO-PSZ 粉料在 4MPa 的压力下压制成厚度为 1mm 左右、直径为 10mm 左右的圆片,在1550℃恒温烧结

3 小时. 将烧结好的 MgO-PSZ 陶瓷片表面磨平、抛光,用无水乙醇清洗干净,并准确测量其厚度和 直径.再在试样的两面分别均匀涂上铂浆,粘上铂丝,在800℃下恒温 30min,即可得到待 测试样. 将待测试样放在带有两根导线的氧化铝托片上, 并把试样的两根铂丝分别焊在两根导线 上(如图 1).两导线再与电化学工作站(chi660A)相连,用FP93 控温仪控温(如图

2 所示).选1本课题得到国家自然科学基金(50272009)和教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20020008003)资助 http://www.paper.edu.cn

2 用交流阻抗测量程序,从600℃开始测量,每间隔 50℃测一次,逐渐升至 900℃.测得的电 阻值要减去空白实验测定的导线电阻值. 图1. 试样组装示意图 图2. 试验装置示意图 Fig.1. Schematic illustration of Fig. 2. Schematic illustration of an a sample '

s assembly experimental device 2.2 MgO-PSZ试样电子电导率(σe)的测量 2.2.1 氧离子阻塞电极法测电子电导的原理 根据公式σtotal=σion+σe,测量氧离子导体的电子电导,需采用氧离子阻塞电极(氧离子 不可逆电极)来阻断氧离子的传导.测量时,在两电极上加入一个低于导体分解电压的电势, 阻塞电极为负,另一氧离子可逆电极为正,则阻塞电极界面上原有的氧离子将通过样品迁移 至正极被抽出,但因氧离子阻塞电极没有氧离子源,所以离子流逐渐下降,当电位梯度产生 的离子流和因浓度梯度引起的反向化学扩散离子流相等时,离子电流降为零,这时的电流只 由电子或电子空穴产生.因此可根据此时的外加直流电压,通过导体的稳定电流值计算得到 电阻值 [4] . 2.2.2 氧离子阻塞电极的制备 MgO-PSZ 固体电解质材料中的传导方式主要为氧离子传导,电子电导较小,要准确测 定固体电解质材料中电子电导率的关键在于氧离子阻塞电极的制备.只要能制备好阻塞电 极,将氧离子的传导完全阻断,那么就能较为准确地测定其电子电导.对阻塞电极的主要要 求是: (1)阻塞电极中氧的来源被完全切断;